Авторско право Michael Karbo, Дания, Европа. 1996-2017

Глава 1. Персонален компютър, история и логика

Компютърът е интересен предмет и искам да ви покажа илюстрирана обиколка на това как работи. Но първо ще ви разкажа малко за историята на произхода на компютрите. Аз също ще трябва да въведа определени термини и изрази, тъй като компютърната наука е тема със собствена терминология. Тогава ще започна да минавам през реалната компютърна архитектура!

1. Историческият персонален компютър

Компютърът е микрокомпютър, в съответствие с традиционното разделение на компютрите на базата на размерите.

Микрокомпютри

Никой не използва израза микрокомпютър вече, но това е всъщност компютърът. Ако погледнем компютрите въз основа на размера, ще открием компютъра в дъното на йерархията.

• Мейнфреймите и супер компютрите са най-големите компютри – машини за милиони долари, големи като хладилници или по-големи. Пример за това е IBM модел 390.
• Миникомпютрите са големи, мощни машини, които често се намират в центъра на мрежи на “глупави” терминали и персонални компютри. Например IBM AS/400. Определение, използвано в миналото, е, че миникомпютрите струват между $ 10,000 и $ 100,000.
• Работните станции са много мощни потребителски машини. Те имат капацитета да изпълняват технически/научни програми и изчисления и обикновено използват вариант на UNIX или Windows NT като операционна система. Работните станции бяха оборудвани с мощни RISC процесори, като Digital Alpha, Sun Sparc или MIPS, но днес работните станции могат да бъдат конфигурирани с един или повече от по-мощните процесори на Intel.
• Персоналният компютър е бебето на семейството: малки, евтини, масово произвеждани компютри, които обикновено използват Windows и които се използват за стандартни програми, които могат да бъдат закупени навсякъде.

Целта на историята е да покаже, че бебето е пораснало и всъщност е поело ръководството! Днес компютрите са толкова мощни, колкото миникомпютрите и мейнфреймите са били в миналото. Мощните компютри вече могат да се конкурират с много по-скъпите работни станции. Как компютърът стигна толкова далече?

Детството на компютъра

Нека разгледаме историческия произход на съвременния компютър, който произхожда от 1981. За по-малко от 20 години, компютърът премина през технологично развитие, което надмина всичко, което сме виждали преди. Персоналният компютър просто коренно промени производството и комуникацията на обществото в почти всеки сектор. И революцията вероятно ще продължи още много години.

Днес компютърът е индустриален стандарт. Повече от 90% от всички микрокомпютри са базирани на софтуера на Microsoft (Windows) и стандартизирания хардуер, проектиран главно от Intel. Тази платформа или дизайн понякога се нарича Wintel, комбинация от двете имена на продукти.

Но по времето, когато компютърът беше представен от IBM, той беше само един от многото 16-битови микрокомпютри. Например, компанията Digital, продаде много от своите машини “Rainbow” в средата на 80-те, с които съм работил самият аз. Тези други машини не бяха съвместими с IBM , но не бяха много различни от машините на IBM, тъй като всички те бяха базирани на 8088 CPU на Intel. Имаше редица различни видове персонални компютри през 1980-те.

Но само за няколко години, в края на 80-те години, пазарът застана зад стандартите на IBM за дизайна на персоналните компютри. Използвайки процесорите Intel 8086 и 8088 и операционните системи на Microsoft (първоначално DOS, по-късно Windows), революцията на компютрите сериозно влезе в ход. Оттогава насам говорихме за съвместими с IBM компютри и с течение на годините компютрите се развиха, за да станат триумфалния индустриален стандарт.

Паралелно с проекта IBM/Intel, Apple разработи популярните компютри Macintosh, които от самото начало бяха много удобни за потребителя с графичен потребителски интерфейс. Macintosh е съвсем различна платформа от платформата на базираните на Windows компютри, която описвам в това ръководство.

Macintosh също е бил пуснат поколение след поколение, но не е съвместим с компютърния стандарт на IBM / Intel / Microsoft.

В таблицата по-долу можете да видите развитието на пероналния компютър и свързаните с него операционни системи. PC беше всъщност по-нататъшното развитие на 8-битовите микропроцесори (като Commodore 64 и т.н.), които бяха много популярни до края на 80-те.

Компютърът, показан на фиг.2, е много интересен хибрид. Той бележи прехода от 8 към 16-битова архитектура. Компютърът съдържа два процесора: 8-битов Z80 и 16-bit 8088. Това му позволява да работи с няколко различни операционни системи като CP/M и MS-DOS 2. Двата процесора, всеки със собствена шина, са споделени 128 KB RAM.

Това беше особено модерна машина.

IBM и успехът на компютрите

Ако погледнем назад към по-ранния компютър, съществуват редица фактори, които допринесоха за неговия успех.

• От самото начало PC имаше стандартизирана и отворен дизайн.
• Беше добре документирана и имаше широки възможности за разширяване.
• Компютърът е евтин, прост и здрав (но определено не е модерна технология)

Първоначално, компютърът беше продукт на IBM. Това беше техният дизайн, построен около процесор Intel (8088) и приспособен към простата операционна система на Microsoft, MS-DOS.

Но други компании бързо се замесиха. Те откриха, че могат свободно да копират важния BIOS системен софтуер и централната ISA шина. Нито един от компонентите не е бил патентован.Това нямаше да се случи днес! Но точно поради този отворен дизайн, постепенно се появиха множество компании, които разработиха и доставиха съвместими с IBM компютри и части.

Клонингите

В края на 80-те години имаше много разговори за клонингите . Клонингът е копираща имитационна машина. Машина, която може да направи точно същите неща като оригинален компютър (от IBM) и където отделните компоненти (например твърдият диск) могат да бъдат идентични с тези на оригинала. Клонингът просто има друго име или се продава без име.

Днес не правим много разлика между разнообразните производители на персонални компютри, но те все още могат да бъдат разделени на две групи:

• Компютърни компании от IBM, Compaq, Dell, Fujitsu-Siemens и др. Фирми, които са достатъчно големи, за да разработят (потенциално) своите собствени хардуерни компоненти.
• Клонинги, които са изградени от стандартни компоненти. Всеки може да изгради свой собствен клонинг, подобен на този, показан на Фигура 15 на страница 10.

Технологията, обаче, е една и съща за всички компютри, независимо от производителя. И тази обща технология е предметът, който ще изложа.

И накрая, искам само да спомена термина сървъри. Те са специални персонални компютри, изградени да обслужват мрежи. Сървърите, по принцип, могат да бъдат изградени с помощта на същите компоненти, които се използват в обикновените компютри. Въпреки това, често се използват други дънни платки и различен тип RAM и други контролери. Моята рецензия ще се съсредоточи основно върху стандартните персонални компютри.

Ширина на бита

Първият микропроцесор, произведен от Intel (моделът 4004, също обсъден на стр. 26) ) е 4 бита. Това означава, че в една операция процесорът може да обработва номера, които са с дължина 4 бита. Може да се каже, че дължината на машинната дума е 4 бита. Intel 4004 беше 4-битов процесор с 4-битова архитектура. По-късно дойдоха процесори, които биха могли да обработват 8 бита едновременно, като Intel 8008, 8080 и не на последно място – Zilog Z80 (много голям брой се продават). Те са били използвани в голям брой 8-битови компютри през 1970-те и в 80-те.

Компютърът (в 80-те години) първоначално е бил 16-битов компютър. С развитието на процесора 80386 имаше промяна в 32-битовата архитектура, който все още използваме днес.

Сега има 64-битовата архитектура, както от Intel (с процесора Itanium ), така и от AMD (с различни Athlon 64 процесори). Но все още е твърде рано да се предскаже степента, в която 64-битовата архитектура ще се разпространи в нормални, базирани на Windows, компютри.

Широчина	Процесор	Приложение
4 бита	4004	Джобни калкулатори
8 бита	8080	Малки CP / M базирани домашни компютри
16 бита	8086, 8088, 80286	IBM-съвместим компютър работи MS-DOS
32 бита	80386 – Pentium 4	32-битови версии на Windows (Windows 95/98/2000 / XP)
64 бита	Athlon 64 Pentium 4 Itanium	Сървърния софтуер 64 бита версии на Windows, Linux и др.

Фигура 5. Днешните компютри използват предимно 32-битова архитектура.

Предисторията на компютрите

Нашите компютри имат “духовни корени” 350 години назад. Математиците и философите като Паскал, Лайбниц, Бабидж и Бул полагат основите с теоретичната си работа.

Френският президент Блейз Паскал е живял от 1623-1662 г. и е бил математически гений от най-ранна възраст. Като 18-годишен той конструира изчислителна машина и неговите математически теории са имали огромно значение за всички по-късни научни изследвания.

Англичанинът Джордж Бул (1815-1864 г.) също е бил естествен талант. Той е израснал в много скромна обстановка и до голяма степен е бил самоук.

Когато е на 20 години, Бул основава математическо училище и след това започва да развива символичната логика, която в момента е крайъгълен камък на всяка програма.

Друг англичанин, Чарлз Бабидж, започва да разработва различни механични изчислителни машини през 1823 г., които днес се смятат за теоретични предшественици на компютъра.”Аналитичната машина” на Бабидж би могла да извърши изчисления на данни, използвайки перфорирани карти. Машината никога не е била напълно реализирана, планът е бил да се захранва с пара.

Само през 20-ти век, обаче, електрониката се развиваше достатъчно, за да се направи интересна практическата експлоатация на тези теории.

Българинът Джон Винсънт Атанасов (1903-1995) е изобретателят на електронния цифров компютър. Атанасов беше гений. На деветгодишна възраст учи алгебра с помощта на майка си Ива Луцена Парди, учител по математика.

През 30 – те години Атанасов бил професор по математика и физика в Щатския колеж на Айова в Съединените щати. Тук той използва съществуващите инструменти като сметачната машина Монро и IBM етикетът за изчисленията му, но той открива тези машини твърде бавни и неточни. В продължение на години, той работи върху идеята, че има по-добри машини за изчисление. Неговата мисъл беше да се създаде цифрова машина, тъй като Атанасов беше заключил, че математическите устройства са попаднали в два клас – аналогови и цифрови. Терминът “цифров” не беше измислен, така че той нарече този клас устройства “правилните изчислителни машини”.

През зимата на 1939 г. Атанасов бил много разочарован от липсата си на прогрес. След дълго пътуване с кола (Атанасов обичаше бързите коли), той се озовава в бара да пие уиски (обичаше и шотландски). Изведнъж той имаше решението. Машина, изградена на четири принципа. Тя трябваше да работи на база-2 (двоични) номера вместо база-10 и да използва кондензатори за паметта. Атанасов се обединява с блестящия млад електротехник Клифърд Бери и по-късно беше разработена машина за 700 паунда, наречена Atanasoff-Berry Computer. Това беше първият цифров компютър.

Друг пионер е германецът Конрад Зузе (1910-1995 г.). Той е бил само на 18 години, когато е изградил своя механичен двоичен компютър, наречен Z1.

По време на Втората световна война, компютърът Zuse Z3 се използва в немската авиационна индустрия. Това беше първият компютър в света, който е програмиран със софтуер. Интересното е, че компютрите на Zuse са разработени изцяло отделно от работата на други съвременни учени.

По време на войната, германците също използват усъвършенствана кодова машина (фиг.8), върху която англичаните полагат много усилия за “хакерство”. Те бяха успешни и това допринесе за поставянето на основите за по-нататъшното развитие на изчислителните процеси.

Интересно парче любопитни факти:

През 1947 г. американският компютърен експерт Хауърд Айкън заявява, че в целите Съединени Американски Щати има само необходимост само от шест компютъра. Историята доказва, че греши.

Авторско право Michael Karbo, Дания, Европа. 1996-2017